摘要：开源RISC-V指令集为我国建立自主可控物联网生态提供了重大机遇.然而,物联网设备通常缺乏硬件加固措施,容易遭受物理级的固件篡改攻击,因此保障固件完整性以提高设备安全性至关重要.为此,已有基于安全启动技术的初步探索,但仍存在3个问题:1)传统软件信任根难以保证物理级可靠性;2)主流硬件级安全启动技术被国际芯片厂商掌握,技术未公开且不支持国密算法,无法保证安全自主可控;3)已有基于RISC-V CPU的安全启动研究缺乏对上层固件的校验机制.为解决上述3个问题,首次设计并实现基于国密SM9算法的RISC-V安全启动机制——SeChain.具体而言:1)在RISC-V SoC内部增加了签名计算单元(signature calculation unit,SCU),实现密钥对生成与签名;2)增加了密钥验证单元(key verification unit,KVU),实现验证算法的片内执行及固件完整性验证;3)设计实现基于验证引导的多级安全启动机制,从不可篡改的硬件信任根出发,逐级完成引导程序的完整性校验.基于上述设计,SeChain实现了信任根的不可篡改和安全可信,构造了一个可信的安全启动链,基于国密SM9算法为设备的安全启动和可信执行提供可靠保障.为了验证SeChain的有效性、高效性和可靠性,基于VexRiscv CPU在FPGA硬件平台完成了SeChain仿真验证实验.实验结果表明,SeChain能够有效抵御各类固件篡改攻击,并能对抗信任根攻击,且平均额外时间开销不超过6.47 ***适用于资源受限的IoT设备,在满足安全可信启动的同时,能为国产RISC-V生态的安全自主可控提供有力保障.

摘要：NAND Flash存储器以其容量大、成本低和速度快的优势,在嵌入式系统中得到广泛的应用。但是,由于NAND Flash固有的器件特性,必须要有驱动才能对其进行读写,存储于其上的代码不能直接执行,因此其并不适合作为系统启动代码的存储介质。一般采用NOR Flash存储启动代码并直接执行,然后再引导存储于NAND Flash中的操作系统镜像,这增大了系统成本和功耗。设计并实现了一种基于NAND Flash的CPU安全启动方法。该方法首先通过软硬件结合的方式,在片内NAND Flash控制器中增加块映射表结构,并由NAND Flash中第1块空间存储的代码进行好块寻找和块映射表填写,使NAND Flash的一部分存储空间可以直接映射为硬件可访问的内存空间,从而使得NAND Flash可以作为系统启动的存储介质,实现仅需NAND Flash存储的系统。还提出了一种扩展BootROM的方案,结合NAND Flash地址映射结构,将片内BootROM的一部分扩展到NAND Flash的第1块存储空间中,并通过Hash比对验证BootROM,从而有效降低了片内BootROM的设计复杂度,减少了代码量。通过提出的方法,可以有效地实现单NAND Flash系统的安全启动,降低了系统成本,提高了系统的安全特性。

摘要：分析CA6140车床的主轴启动控制结构,设计一种主轴安全启动的控制电路和辅助结构装置,并阐述了机电联控的方法与实践条件,消除了车床主轴启动过程中的安全隐患,提高了车床操作的安全系数。

摘要：在可信嵌入式系统中,嵌入式设备启动过程的安全是运行状态安全的基础,因此提出了一种可信嵌入式系统安全启动方法。针对可信嵌入式系统中的嵌入式设备原有硬件结构不改变的情况,在嵌入式设备上电后进行交互验证,然后再利用SHA-1模块对启动过程中的程序代码进行完整性度量。实验结果表明,设计的SHA-1模块功能可靠,能够应用在可信嵌入式系统中实现完整性度量,从而结合系统上电交互验证过程实现嵌入式设备的安全启动。该方法能够保持现有嵌入式设备的原有硬件结构不变,具有普遍的适应性。

摘要：为实现系统的安全启动,设计具有片外加密存储机制的SPI Flash控制器,提出一种二次解析的方法对SPI Flash的操作方式进行优化。加入启动支持模块,支持以SPI Flash为载体的启动代码加载及执行过程,配合内部独立的数据保护模块,完成启动代码和重要数据的加解密存取。实验结果表明,该控制器功能完善,安全性高,可移植性强。

摘要：针对可编程片上系统(SoPC)在启动过程中面临的固件被篡改、植入恶意代码等安全威胁,提出一种安全启动模型。该模型由Boot ROM作为信任根,利用公钥算法和对称密码算法对启动过程中各固件镜像进行数字签名,在SoPC上电启动后依次对各固件镜像的签名值进行验证,从而建立起完整的信任链。在实现阶段,利用Intel现场可编程门阵列(FPGA)开发平台对模型进行了设计和验证,实现了两种模式的安全启动功能。结果表明,该模型能够应用于实际的芯片开发,满足启动过程安全保护的需求。

摘要：介绍了P4080安全启动信任链建立和传递的过程;利用P4080安全启动和可信结构,采用数字签名及验证技术设计了从ISBC到Uboot、从Uboot到Linux系统的两级信任链系统安全启动机制,并采用修改启动映像内容和替换内核映像的方法验证了安全启动机制的有效性。采用该设计设备平台在启动过程中可检查到启动程序、配置文件、操作系统等程序文件是否被篡改过,从而保障平台计算环境的安全。

摘要：在可信嵌入式系统中,嵌入式设备启动过程的安全是运行状态安全的基础,因此提出了一种可信嵌入式系统安全启动方法。针对可信嵌入式系统中的嵌入式设备原有硬件结构不改变的情况,在嵌入式设备上电后进行交互验证,然后再利用SHA-1模块对启动过程中的程序代码进行完整性度量。实验结果表明,设计的SHA-1模块功能可靠,能够应用在可信嵌入式系统中实现完整性度量,从而结合系统上电交互验证过程实现嵌入式设备的安全启动。该方法能够保持现有嵌入式设备的原有硬件结构不变,具有普遍的适应性。

摘要：研究了Xilinx FPGA的多重引导功能,bootloader的加载校验机制以及三备份纠错机制,设计实现了一种FPGA的安全启动与配置文件纠错的方法,降低了FPGA由于配置文件数据错误所导致的启动失败率。验证使用该方法FPGA不但可以从NOR FLASH中的不同备份程序中启动,而且可以及时诊断出NOR FLASH中发生数据错误的具体位置,并能够对发生错误的数据进行修复。

摘要：随着物联网应用激增,安全问题愈发重要。本文针对当前物联网设备可能面临的安全风险,基于硬件信任根构建了认证信任链,以保障启动过程的安全展开。实验结果表明,经过基于硬件根的多级引导和认证,达到了抗物理更换和软件篡改的目的,可以实现物联网设备的安全启动。